机械课程设计涡轮蜗杆二级齿轮

1、1、设计题目链板式输送机传动装置一一二级蜗杆蜗轮-齿轮减速器2、原始数据链条曳引力：Fw=6000N链条速度：vw=0.35m/s链条节距：p=125mm链轮齿数：Z=6开式齿轮的传动比：i开=43、工作条件工作有稍微振动,空载起动,工作时经常满载,单向运转.双班制工作,减速器使用寿命为5年,小批量生产.启动载荷/名义载荷为1.5链速允差5%.4、设计工作量减速器装配图1张,A0图纸零件图2张,A3图纸设计说明书1份机械传动装置一般由原动机、传动装置和机架四局部组成.单级圆柱齿轮减速器由带传动和齿轮传动组成,根据各种传动的特点,带传动安排在高速级,齿轮传动放在低速级.1、电动机,2、4、联轴器

2、,3、二级齿轮蜗杆-减速器,5、链,6、开式齿轮传动装置的布置如下列图二、 确定传动方案设计工程一、设计任务书设计工程计算及说明主要结果三、 电动机的选择及相关计算1、选择电动机类型和结构形式根据电动机的工作条件和要求,选用一般用途的Y系类三选择电动机相异步电动机,结构形式为卧式封闭结构.2、确定电动机功率由条件知Fw=6000Nvw=0.35m/s链传动机械效率w=0.96工作机所需功率：FwVw60000.35Pw=2.19kW1000w10000.96Pw2.19kW电动机所需的功率为Po查相关表得联轴器=0.99轴承0.98蜗杆0.70链传动链0.96直齿轮齿轮0.97于是有2联轴5轴

3、承蜗杆2链齿轮0.562.190.563.91kW所电动机额定功率为Pm(11.3)Po(11.3)3.913.915.08kW取额定功率Pm=5.5kW,查表选择同步转速为3000r/min的丫1R.七鼻糊多nA心ff【ririni照d格匚1_If_Id图222*j.Y90L2J22B4D3曲-2口仙4_:德帅-YE却81?5J.注0：1：2m一-1129.412JQY1mgj520口YISOL-2IEf二,斗二Q二12键口二肥_与Pm5.5kWY132s1-2nm2900r/min设计工程计算及说明主要结果3、确定工作机链传动的转速zpnw100060Vw1000600.3v1nnw=28

4、r/minvww_100060zp125628r/min计算传1、传动装置的总传动比为动装置的nm290010361忌IUO.U总传动比nw28i总=103.6并分配各级传动比2、分配各级传动比为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑,必须使各级传动比都在各自的合理范围内,且使各自传动件尺寸协调百理均初、,传动装置总体巳口构系佚,H里取小,凶军匕假油侏度合理.开式齿轮传动比i开4所以减速器的传动比i里103625.9i开4对于高级速的蜗轮蜗杆传动比i蜗杆10i蜗杆10那么低级速的直齿轮传动比i齿轮2.59i齿轮2.59i蜗杆四、传动装各传动轴的输入功率、转速及转矩置的运动参数和动0轴电机输入轴

5、：力参数的计算P05.5kWPO5.5kWn0nm2900r/minP05.5T095500955018.1Nmn02900r/minn02900T018.1NmI轴：1联轴器轴承0.990.980.97设计工程计算及说明主要结果PP015.50.975.3kWn1n02900r/minP5.3T19550955017.5Nmni2900II轴：2蜗杆轴承0.700.980.69P2P25.30.693.66kWni2900Men2：290r/mini蜗杆10P23.66T295509550120.53Nmn2290III轴：3齿轮轴承0.970.980.95P3P233.660.953.47

6、kWn2290n3112r/mini齿轮2.59T39550P39550氾7295.88Nmn3112IV轴：4轴承联轴器0.980.990.97P4P343.470.983.37kWn4n3112r/minP3.37T4955049550287.35Nmn4112V轴：5轴承齿轮链0.980.970.960.91P5P453.370.913.07kWn4112An5;28r/mini齿轮4n12900r/minP15.3kWT117.5NmP23.66kWn2290r/minT2120.53NmP33.47kWn3112r/minT3295.88NmP43.37kWn4112r/minT42

7、87.35NmP53.07kWn528r/minP53.07T59550,95501047.09Nm%28根据相关资料本传动装置选择ZA型蜗杆2、选择材料和精度等级由于蜗杆传动的功率不大(Pi5.3kW),且为中等转速(n12900r/min),查表105选择蜗杆材料为45钢,外表淬火,齿面硬度为4555HRC.根据表104,涡轮齿圈材料用铸铁锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造,滚洗后加载跑合,8级精度.涡轮轮心采用灰铸铁HT100.3、选择蜗杆的头数乙和涡轮齿数Z2由以上的计算有蜗杆传动传动i蜗杆&290010.根据n2290参数轴号0轴I轴II轴III轴IV轴V轴转速nr/mi

8、n2900290029011211228功率PkW5.55.33.663.473.373.07转矩TNm18.117.5120.5295.9287.31047传动比i1102.5914效率0.970.690.950.970.91五、 传动零件的设计计算蜗轮蜗杆的设计T51047.1Nm由以上分析可知该减速器传动运动参数和动力参数如下表:1、蜗杆传动类型的选择设计工程计算及说明主要结果表101取蜗杆白勺头数z1=4那么涡轮齿数z2i蜗杆z1404、齿面接触疲劳强度设计根据闭式蜗杆传动的设计准那么,应按下式先对蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计,再按齿根弯曲疲劳强度进行校合.223.25ZEm2dlKT

9、2LHZ2确定作用于涡轮上的转矩T2由以上相关计算知T2120.53Nm确定载荷系数K因工作载荷平稳,所以取K1;由表107取KA1.15；由于转速不高,冲击不大,取Kv1.05那么KKKAKv11.151.051.21确定材料的弹性系数ZE小106,取ZE155JMPa确定许用接触应力H查表108取OH=220MPa,应力循环次数工作300天/年N60n2jLh60290151630041.76107寿命系数ZN修中%51070.67故许用接触应力为HZN0H0.67220147MPa确定模数m及蜗杆直径d1222,.3.25ZE-ecus33.25155md1KT21.21120.510H

10、z21474031070.8mmZI=4Z240K=1.21ZE155VMPaH=147MPa设计工程计算及说明主要结果一,一2.3查表102,取md11250mm贝Um=5mm,d1=50mm,q=10.0005、计算传动效率计算滑动速度vs涡轮转速：d2n2mz2n23.14540290八,v23.04m/s6010006000060000蜗杆导程角为arctan刍arctan21.8q10滑动速度为vs3.048.19m/ssinsin21.8计算传动功率该传动系统的功率损耗主要来自蜗轮蜗杆传动及轴承擦,所以有蜗杆轴承0.69.查表1012,由插入法计算得V1.00故传动效率为cctan

11、c“tan21.8八0.90.980.933tanVtan22.8校验m2dl值涡轮上的转矩T2T1i17.5100.6510085Nm校验：222,.3.25ZE-“cc33.25155md1KT21.21113.7510Hz2147401008.5mm3由于1250mm31008.5mm3满足条件,故初选参数符合强度要求.6、确定传动的主要尺寸m2dl125cmm3m=5mmd1=50mmq=10.000vs8.19m/s0.65设计工程计算及说明主要结果中央距m(qZ2)51040a125mm22蜗杆尺寸分度圆直径：d1=50mm齿顶圆直径：da1d12ham5021560mmaiia齿

12、根圆直径：ha1C0.2.一八*、df1d12(hac)m5021.2538mm导程角：21.8轴向齿距：px1m3.14515.7mm轮齿局部长度：b112.50.09Z2m12.50.0940580.5mm故取D100mm涡轮尺寸分度圆直径：d2mz2540200mm.一1_._*_._齿顶圆直径：da2d22ham200215210mma22a齿根圆直径：-,*、-,-_df2d22(hac)m20021.25190mm外圆直径：dp2da2m2105215mme2a2螺旋角：221.8轮齿宽度：b20.67da10.676040.2mm,取b240mm凶范角：2arcsind2arcs

13、in4050106.26a125mmd1=50mmda160mmdf138mm21.8Px115.7mmb1100mmd2=200mmda2=210mmdf2190mmde2215mm221.8b240mm106.26设计工程计算及说明主要结果d-210咽喉母圆半径：72a生125竺20mmg227、热平衡计算估算散热面积A.5/八51.88/-5/ci-1.88crcc2A910a9101250.788m校核油的工作温度t1取环境温度t020C,传热系数KS14W/m2C,那么润滑油的工作温度为1000P1110002.9110.93“八t11t020CKSA140.1353.6oC由于t,

14、60oC70oC所以该设计的传动散热水平是符合要求的.8、润滑设计参见表1013,由于vs8.19m/s,选择浸油润滑,润滑油的运动粘度v40220m2/s,采用蜗杆下置.9、弯曲强度校核确定齿形系数YFrg220mm2A0.788m48350.4cos17.74参见表1010,用插值法可求得YF=1.82确定螺旋角系数Y查表1011得0F73MPa,故许用应力为校核弯曲强度故满足弯曲强度要求.10、蜗杆、涡轮结构设计蜗杆结构：涡轮的当量齿Z2zv3cosY1140确定许用应力121.81400.84910691067N251070.54FYN0F730.5439.42MPa1.7KT2mdd

15、2YNY7.58MPa1.71.21120.531000,“1.8255020039.42MPa0.84涡轮结构:1、确定齿轮的类型、材料、精度等级及齿数根据传动方案图,选择直齿圆柱齿轮传动.大、小齿轮都选择硬齿面.由表92选择大、小齿轮材料都用45号钢,并经调质后外表?卒火,齿面硬度为45HRC.由表93初选精度等级为7级精度,选用小齿轮齿数z,26,那么大齿轮齿数Z2i齿轮Zi2.592667.3取z2672、考虑到闭式硬齿面齿轮的传动失效可能为点蚀,也可能为疲劳折断,故按接触强度和弯曲强度分别进行设计,比照后确定方案.1按接触强度进行设计根据下式进行相关设计：32KTu1ZEZH2dii

16、duH确定作用于涡轮上的转矩T由以上计算知TT2120.53Nm弹性影响系数ZE：由表911查得ZE189.8MPa12节点区域系数ZH：标准直齿轮20时ZH=2.5齿宽系数d：由表912选取d=1接触疲劳许用应力H:接触疲劳强度极限Hlin：按齿面硬度由图923查得Hlim1Hlim21000MPa应力循环次数设每年工作300天：圆柱轮的设计齿轮齿数:426z267N160nljLh6029011630054.176108设计工程计算及说明主要结果*46.1.612I.i齿轮2.59由应力循环次数可求出接触疲劳寿命系数KHN:由图921查得KHNI0.92KHN20.96取失效概率为1%,平

17、安系数SH1,那么有KHNIHlim10.921000H1920MPaSH1KHN2Hlim20.961000_n.DoH2960MPaSH1取较小值所以HH1920MPa2计算并确定齿轮参数试算小齿轮分度圆直径d1t121ZHZEi12KT1d1t.73.88Hid小齿轮转矩丁9.55106Pl9.551065.3,e,以工14.5210Nmmn290/2.59计算齿宽bbdd1t173.8873.88mm计算圆周速度vd1tAi73.88290/2.59,v10.433m/s60100060000计算载荷系数k根据v=0.433m/s,7级精度,由图9-13查得ka1.0,由表9-5查得使

18、用系数kA1.0;由表9-7查得_22_3kH1.00.311dd0.19103b1.51取kH1.55查表9-13得动载系数kv1.02由图9-17查得齿向载荷分布系数kF1.38；载荷系数为KKHKAKvK1.01.021.551.01.58按实际的载荷系数修正分度圆直径ddk73.8831.5875.16mm,kt1.5计算模数d175.16m2.89mmZI26确定模数m=34)几何尺寸的计算(1)分度圆直径d1m乙32678mmd2mz2367201mm(2)中央距add2/278201/2139.5mm(3)齿宽bdd117878mm取大齿轮齿宽b278mm；小齿轮齿宽b1b258

19、3mm由传动方案确定该轴上安装有一个齿轮、一个联轴器,齿轮安装在偏向箱体的一侧,两个轴承安装在箱体的轴承座孔内,联轴器安装在箱体外部的一侧；为保证齿轮的轴向位置,还应在齿轮与轴承之间加上一个套筒.3、零件的装拆顺序选择轴上的零件从轴的左端进行装拆,齿轮、套筒、轴承、轴承盖、联轴器依次从轴的左端装入,右端轴承从右端装入.4、轴的结构设计为方便轴上零件的安装,将轴设计成阶梯轴,后段轴的直径大于前段轴,其具体设计如下：轴段1安装联轴器用键周向固定,轴段2高于轴段1形成轴肩用来定位联轴器,轴段3高于轴段2方便安装轴承,轴段4高于轴段3,方便安装齿轮；齿轮在轴段4上用键周向固定,轴段5高于轴段4形成轴环

20、用来定位齿轮,轴段7直径应和轴段3直径相同以便左右两端轴承型号一致.轴段6高于轴段7形成轴肩用来定位轴承；轴段6高于轴段7的局部取决工程P3/kW/-1n3/rminT3/Nm参数3.47112295.9六、 相关轴的结构设计低速轴轴III的结构设计1、低速轴的相2、轴上零件布置于轴承标准.轴段5轴段6的上下没有什么直接的影响,只是一般的轴身链接.具体的结构如下列图：各段轴的直径轴段1:由于本减速器为一般减速器,对材料无特殊要求,应选用45钢.查表153有45钢的A=126103,代入设计公式：dA3巳(126103)33.4732.4239.56mmn112考虑到该轴段上还有一个键槽,故将轴

21、径增大5%,即d(32.4239.56)(10.05)34.0441.53mm故轴段1的直径d138mm轴段2：轴段2的直径d2应在d1的根底加上两倍的定位轴肩高度.取定位轴肩的高度h120.070.1d12.663.8mm,所以d2d12h12383.4244.8mm,考虑在该轴段安装密封圈,故直径还需符合密封圈标准,取d245mm.轴段3：轴段3的直径d3应在d2的根底加上两倍的非定位轴肩高度,但因在该段上要安装滚动轴承,故其直径要与滚动轴承d138mmd245mmd350mm的内径相符合.此处取d350mmo3设计工程计算及说明主要结果轴段Q上安装此轮,为安装齿轮方便,取d453mm轴段

22、R的直径d5d42h45,h45是定位轴环的高度,取h456mm,即d5532665mm轴段R的直径d6应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得,预选该轴段用6210轴承深沟球轴承,附录b,查的d657mm2各轴段的长度参考课程设计指导书例题3-1确定Q轴段的长度,由于要安装齿轮,故该轴段长度取决于大齿轮的宽度,有L齿轮L423mm,L齿轮83MM,取L476MMo轴段Q的长度；L3B23220155242mm轴段的长度L234mmL182mmL57mmL680mmL722mmL总长LiL2L3L4L5L6L7343mmd453mmd565mmd657mmd750mmLi82mmL234mmL

23、342mmL476MML57mmL680mmL722mm(1)绘制轴的计算简图参考课程设计书的设计给出危险截面,这里选取安装齿轮的轴段的中央位置,位于两个支点的中间,距离右支座的距离为从动轮转矩T=295900Nmm按扭 转和弯曲组 合进行强度校核(2)计算轴上的作用力设计工程计算及说明主要结果按扭转和弯曲组合进行强度校核齿轮分度圆直径d275.16mm齿轮的圆周力：l2T2295900Ft7874Nmm齿轮径向力：d75.16FrFttan7874tan202866Nmm(2)计算支反力与弯矩计算垂直平面内的支反力及弯矩a.求支反力：有FAVFBV/11.912866/11.91984.8N

24、FBV1880.9Nb.求垂直平囿的弯矩I-I截面：M1880.971133543.9Nmn-nfm：M1880.93260188.8Nm计算水平平面内的支反力及弯矩a.求支反力：故FAHFBH/11.917847/2.912705N设计工程计算及说明主要结果按扭转和弯曲组合进行强度校核FBH5166Nb.求水平平囿的弯矩I-I截面：MH516671366786Nmn-n截面：MH516632165312Nm求各截面的合成弯矩I-1截面：MjMjMHJ133543.923667862390340.8Nn-n截面MJM2VM2H60188.821653122175928.2Nmr计算转矩T=29

25、5900Nmm确定危险祈面及校核其强度按弯矩组合计算时,转矩按脉动变化考虑,取a=0.6.按两个两个危险截面校核：I-I截面的应力：2_2_3eM2T0.1d13V390.40.820.629590020.153328.80MPan-n截面的应力：eYM2T20.1d3V175928220.629590020.150320.00MPammnd153mmd250mm都是断面直径由传动方案确定该轴上安装有两个齿轮,分别安装在偏向箱体的一侧,两个轴承安装在箱体的轴承座孔内,为保证齿轮的轴向位置,还应在齿轮与轴承之间加上一个套筒.3、零件的装拆顺序选择轴上的零件从轴的左端进行装拆,齿轮、套筒、轴承、轴

26、承盖、联轴器依次从轴的左端装入,右端轴承从右端装入.4、轴的结构设计为方便轴上零件的安装,将轴设计成阶梯轴,后段轴的直径大于前段轴,其具体设计如下：轴段1伸出用于端盖封装,轴段2安装轴承,轴段3安装大齿轮并键槽固定,轴段4高于轴段3形成轴肩；轴段5是轴肩,轴段6上用键周向固定安装涡轮,轴段7直径应和轴段3直径相同以便左右两端轴承型号一致.具体的结构如下列图：按扭 转和弯曲组 合进行强度校核查教材表12-1及表12-4得155MPa.ee均小1故轴的强度满足要求中速轴轴2的结构设计工程P3/kW1n3/rminT3/Nm参数3.66290120.51、中速轴的相关参数2、轴上零件布置设计工程计算

27、及说明中速轴计算由低速轴的计算方法同理可得：d130mmd234mmd336mmd438mmd546mmd640mmd738mmd830mmL16mmL241mmL374mmL424mmL510mmL636mmL736mm由传动方案知该轴上有两个轴承安装在箱体的轴承座内,一个联轴器.无特殊要求材料采用45钢调质处理.3、零件的装拆顺序选择轴上的左轴承、轴承盖、依次从轴的左端装入,右端轴承、联轴器依次从右端装入.1、高速轴相关参数2、轴上零件布置及材料选3、3、零件的装拆顺序工程R/kW1nrminT1/Nm参数5.3290017.51、高速轴相关参数2、轴上零件布置及材料选择4、轴的结构设计为

28、方便轴上零件的安装,将轴设计成阶梯轴,后段轴的直径大于前段轴,其具体设计如下：轴段1用于安装联轴器,联轴器在轴段1上用键周向固定,轴段2高于轴段1形成轴环用来定位联轴器；轴段3安装轴承,轴段3直径应和轴段7直径相同以便左右两端轴承型号一致；轴段4和轴段6作为一般轴身连接,轴段为蜗杆螺纹局部.具体的结构如下列图5：轴段1:由于本减速器材料无特殊要求,选用3有45钢的A=126103,代入设计公式：dA3P1(126103)3-5.3-14mm1nl2900考虑到该轴段上还有一个键槽,故将轴径增大d(17.1214,00)(10.05)18mm故轴段1的直径d120mm轴段2:轴段2的直径d2应在

29、d1的根底加上两倍的定位轴肩高度.取定位轴肩的高度h120.070.1d11.191.7mm,所以d2d12h12201222mm,考虑在该轴段安4、轴的结构设计5%,即45钢.查表15装密封圈,故直径还需符合密封圈标准,取d225mm.轴段3：轴段3的直径d3应在d2的根底加上两倍的非定位轴肩高度,但因在该段上要安装滚动轴承,故具直径要与滚动轴承的内径相符合.查表选择型号为7203C轴承其内径为26mm故取d328mm轴段4:与所用轴承的型号配合,还为防止与蜗杆齿根圆相差过人,最终取d435mm轴段5：该轴段是蜗杆螺纹局部,有d5da145.2mm轴段6：该轴段有d6d435mm轴段7：同一

30、根轴其轴承一般选用相同的.故d7d328mm73各轴段段长度轴段1:该轴段用于安装联轴器,其长度与联轴器的类型有关,需先确定联轴器的类型才能确定其长度.由T117.5Nm及di20mm选才iTL2型弹性套柱销联轴器指导书附录F.其长度L联轴器50mm,考虑到联轴器的联接和固定的需要,应使Li略小于L联轴器应选Li50mm.轴段2：L2liem,其中li为联轴器的内端面至轴承盖的距离,查表52指导书 ,常取i520mm.e为轴承端盖的厚度,查表57指导书7203c型号轴承D40mmid36mm,所以ei.2d3i.267.2mmom值确实定：m为轴承盖的止口端面至轴承座孔边缘距离.其值与轴承盖结

31、构形式、密封形式等后关.确定如下：轴承座孔宽度L座孔cic25i0mm,其中为下箱座壁厚查指导书表53取8mm;c1、c2为轴承旁连接螺栓到箱体外壁及箱边的尺寸,此假设轴承旁连接螺栓Md112mm查指导书表53：c120mm,c216mm；L座孔82016549mm.由此可以m反算出的值为mL座孔3B4952222mm.所以L2liem157.22244.2mm取L240mm轴段3:该轴段用于安装轴承,其长度与所选用的轴承相配合,此外还应加上套筒的宽度,查轴承标准后,确定该段的长度L321mm；相应的轴段7的长度为L721mm轴段5：该轴段为蜗杆的螺纹局部,其长度L5b1100mm轴段4:该轴

32、段的长度及轴段6的长度,应根据箱体的结构和中间轴和低速轴的装配情况有关,经计算可知箱体的高度要大于368mm取决于低速轴和中间轴的装配情况,为防止大齿轮及涡轮与箱体距离过近,两边应有余量,应选择箱体高度H380mm；由于蜗杆要与涡轮配合,可大概求出可大概求出L468mm；由此又可以求出轴段6长度约L668mm轴段直径d/mm长度L/mm1205022540328214356854510063593八、轴承型号选择九、润滑及密封方式的选择72821轴总长度L总长JL2L3L4L5L6L7393mm轴承支撑点间距离：l299mm1、选择键的尺寸低速轴：低速轴的轴段1和轴段4两处各装什-个键,按一般

33、情况使用选择采用A型普通平键,查表52有轴段1d138mmbh10mm8.2mmL82mm轴段4d453mmbh14mm9mmL76mm标记为：键1:GB/T1096键10X8X56键2:GB/T1096键14X9X40中间轴：中间轴的轴段3和轴段5两处各装什-个键,按一般情况使用选择采用A型普通平键,查表52有轴段3d238mmbh10mm8mmL41mm轴段5d438mmbh10mm8mmL36mm标记为：键3:GB/T1096键10X8X45键4:GB/T1096键10X8X28高速轴：高速轴的轴段1安装什-个键,按一般情况使用选择米用A型普通平键,查表52有轴段1d220mmbh4mm4mmL50mm标记为：键5:GB/T1096键4X4X161、轴承型号的选择低速轴